סליל הלמהולץ

סליל הלמהולץ

מערכת סלילי הלמהולץ היא מערכת המאפשרת יצירה של שדה מגנטי כמעט אחיד. המערכת קרויה על שמו של הפיזיקאי הגרמני הרמן פון הלמהולץ.

[עריכה] תיאור המערכת

מערכת סלילי הלמהולץ מורכבת מצמד סלילים זהים אשר ממוקמים אחד מול השני, ובמרחק השווה בדיוק לרדיוס של כל אחד מהם. מזרימים דרך שני הסלילים זרם חשמלי באותה העוצמה ובאותו הכיוון. במרחב שבין שני הסלילים יווצר שדה מגנטי כמעט קבוע בגודלו ובכיוונו. עוצמת השדה היא:

[עריכה] פיתוח

חישוב מדויק של השדה בכל נקודה במרחב הוא קשה למדי ומצריך שימוש בפונקציות בסל. אולם, החישוב של השדה על הציר העובר דרך מרכז שני הסלילים הוא פשוט יותר, עקב הסימטריה של הבעיה. השדה שיוצר סליל בעל n ליפופים, רדיוס R ושזורם בו זרם I, במרחק x מעל מרכזו הוא:

נניח שסליל אחד נמצא בנקודה 0 וסליל שני מולו בנקודה a. השדה שיווצר כתוצאה מסופרפוזיציה של שני השדות הוא:

עקב מבנה הבעיה, הפונקציה הזאת חייבת להיות סימטרית סביב הנקודה a/2, ולכן הנגזרת בנקודה זו מתאפסת. אם נדרוש שגם הנגזרת השניה תתאפס נקבל:

a = R

אם נחשוב על הפיתוח לטור טיילור של הפונקציה סביב R/2 נבין את חשיבות ההתאפסות של הנגזרת השנייה. ברור שעקב הסימטיריה כל החזקות האי-זוגיות יתאפסו. בזכות הדרישה שלנו להתאפסות הנגזרת השניה גם האיבר הריבועי יתאפס. כלומר, האיבר הראשון שגורם לשינוי הוא x^4 ולכן הפוקציה תשתנה מאוד לאט.